ZON EN KLIMAAT

ZON EN KLIMAAT
Beïnvloedt de zon het klimaat op
aarde? Zo ja, hoe en hoe sterk?
C. de Jager
DE ZON; 2×1030 kg; 1,4 miljoen km
INTENSE EN STABIELE LICHTBRON
• Neem huidige totale aardse consumptie
van energie, en dat gedurende 200.000
jaar = zonnestraling in één seconde
• Oorzaak: kernfusie; waterstof wordt
langzaam in helium omgezet
• Zeer stabiel, met slechts 0,006% toename
van stralingsenergie per miljoen jaar
IJstijden zijn geen onderwerp van
deze studie
• De ijstijden van het laatste miljoen jaren zijn
•
•
•
gevolg van veranderingen in de stand en baan
van de aarde; niet door de zon
Duur van gemiddelde ijstijd: ca. 100.000 jaar
Interglacialen van ca. 15.000 jaar
Onderwerp van dit onderzoek: de korter
durende variaties van de zon in het
tegenwoordige interglaciaal
Actieve Gebieden op de zon
Vlekken, vlammen en coronale
massa emissies
VERANDERING OP KORTE TERMIJN – ZONNEVLEKKEN
Leven uren tot dagen, soms weken; magnetische velden
met sterkten van ca. 10.000 maal aardmagnetisch veld
OMRINGEND AKTIEF GEBIED
Leeft maanden. Lussen: elektrische stromen van miljarden Ampères;
verhitting door dissipatie van magnetisme; daardoor UV straling
Nabij vlek: zonnevlam.
Duur: minuten. Heet plasma
van ca. 50 miljoen graden. Gemiddelde energie-uitstoting ≈
een miljard Hirojima bommen
Ook geassocieerd: Coronale Massa
Emissie. Gemiddelde energie per CME: ca. tien
miljard Hirojima bommen
Alle zonsactiviteit verandert steeds en
periodiek: de elfjaarlijkse cyclus. Zie ook de
Grote Minima (ruwweg om de 200 jaren)
GEVOLGEN VOOR AARDE
CME’s en het magneetveld tussen
de planeten; de heliosfeer
DE HELIOSFEER;
meer of minder gevuld met
gemagnetiseerd zonneplasma; door magnetische
afscherming beïnvloedt dit de intensiteit van op aarde
ontvangen kosmische straling
GEVOLG: bij actieve zon is meer gemagnetiseerd
gas in de heliosfeer; dit leidt tot minder kosmische
straling op aarde. Dus: antifase met de 11jaarlijkse zonnecyclus.
Kosmische straling: deeltjes van
extreem hoge energie die met
lichtsnelheid door de ruimte vliegen
• Produceren radioactieve deeltjes in de
•
aardatmosfeer (10Be, 14C, … en andere)
Hoe actiever de zon des te minder van deze
cosmogenische radionucleïden
• Ze slaan jaar na jaar neer in elkaar opvolgende
•
ijslagen van Groenland en Antarctica en in
aardse sedimenten
Zo beschikken we over een archief van de
zonsactiviteit over vele eeuwen
In geen duizenden jaren was de
zon zo actief als gedurende de
laatste halve eeuw
INVLOED OP ATMOSFEER
Mechanismen: (a) straling van de
Actieve Gebieden of (b) het
magnetische plasma van de CME’s?
Dus: twee mogelijke ‘proxies’
(a) Een proxy: het Groep Zonnevlekken Getal
RG (bekend sinds 1610)
(b) Ander proxy: ‘open zonneflux’ ≈
neerslaghoeveelheid van cosmogenische
radionucleïden
11-jaarlijkse verandering gepaard aan
veranderingen van (UV) straling van de zon,
afkomstig van Actieve Gebieden (proxy: RG)
Variatie < 0,1%; niet significant voor
beïnvloeding van klimaat ?
• Maar: UV straling varieert
•
•
sterk: tot factor > 100!
Maar: wordt in stratosfeer
geabsorbeerd; bereikt de
troposfeer niet
Klimaat beïnvloeden door
grootschalige circulatie?
• Vraag aan klimatologie
Gemiddeld aantal vlekken nam
gestaag toe sinds 1600
Vlekactiviteit verbonden met
klimaatverandering?
• Vlekactiviteit van laatste halve eeuw was
hoogst van laatste 400 jaar maar bleef
gedurende 50 jaar gemiddeld constant
• Terwijl gemiddelde temperatuur van
troposfeer bleef toenemen
• Dus: temperatuurvariatie niet of weinig
verbonden met UV straling van Actieve
Gebieden? (vraag aan klimatologie)
Maar: CME activiteit bleef wèl toenemen.
Verklaringen: magnetisch gas diffundeert slechts langzaam
uit heliosfeer; gelijktijdig verdere toename zonsactiviteit.
Sterkste vlammen van laatste 50
jaar in 2003 en 2005 (‘TRACE’ opname
van de vlam van 13 september 2005)
Sterkste CME’s van laatste 50 jaar
in 2003 en 2005 (De CME van 13-09-2005)
Zie ook: Haloween vlammen van okt-nov
2003 (de sterkste ooit geregistreerd vóór 2005)
Een van de Haloween CME’s
sterkste uitbarstingen van de
laatste 50 jaren in 2005
20 januari 2005, te 02 uur UT. Overtrof
de Haloween vlammen van oktober en
november 2003; gepaard aan uiterst
intense coronale massa emissie
DUS: zonsactiviteit bleef
toenemen
Tot aan het eind van de huidige
zonnecyclus. Deze conclusie bevestigd
door minimale Ti44 radioactiviteit van
recent gevallen meteorieten
Het verband met de
gemiddelde aardtemperatuur
De correlatie met zonneverschijnselen
blijkt het sterkst bij vergelijking met de
equatoriale component van de open
zonneflux
Gemiddelde Noordelijk Halfrond Temperatuur
uitgezet tegen hoeveelheid magnetisch plasma
afkomstig van equatoriale gebieden zon (1610 – 1960)
dT/dSeq = 0.11 oC/1014 Wb
Andere voorstelling: aardtemperatuur en
geomagnetische storingen (ak index)
Samenhang vlekken minder uitgesproken:
Ttrop is beter gecorreleerd met equatoriale
component van open zonneflux dan met RG
Andere aanwijzing: temperatuurverloop op
aarde in laatste 500 Miljoen jaar. Kosmische
stralingsflux in antifase met temperatuur.
Verklaring: zon loopt periodiek door
spiraalarmen van Melkwegstelsel. Exploderende
sterren produceren daar veel kosmische straling
Conclusies
• Meet zonsactiviteit in de equatoriale component van de
‘open zonneflux’ (CME straling); eventueel aa of ak
index; niet in totale bronfunctie; niet in RG
• Fundamentele relatie: dT/dSeq = + 0.11 oC /1014 Wb
• Zon was in laatste halve eeuw actiever dan ooit in
laatste duizenden jaren.
Het meest actief in de jaren 2003 en 2005
•
• Deze samenhang met aardtemperatuur is uitdaging aan
klimatologie!
Besluit: rol van zon kon wel eens
veel belangrijker blijken dan wat
tot dusver werd gedacht
Het onderzoek naar de invloed
van de zon op verandering van
klimaat staat pas aan het begin